具有多个空气接触器的电化学除湿器的制作方法

1.本公开整体涉及利用液体干燥剂的电化学再生和多个空气接触器的空气除湿系统。


背景技术：

2.空气调节虽然对于舒适以及世界上某些地方的生存是必要的，但是对环境具有显著的负面影响。目前，空调系统产生可测量地增加城市温度的热量，并且它们可能将不安全的化学品诸如温室气体排放到大气中。为此，它们也消耗大量的能量，主要是电力。随着气候的温度不断升高，对空调系统的需求将继续增加，使得对空调系统的能量需求预期在未来三十年达到三倍。
3.与基于蒸气压缩的空调系统相比，在空调系统中使用液体干燥剂再生器可减少能量消耗。一些类型的空调系统利用至少两个空气接触器(例如，空气-液体接触器)；然而，这些系统无法电化学地再生液体干燥剂。相反，它们利用一个空气接触器通过将水分排到第二空气流中来再生液体干燥剂。这些类型的系统必须经由第二空气接触器执行所有其液体干燥剂再生。第一空气接触器然后专用于对第一空气流除湿。本文描述了这样的空调系统和方法：通过使液体干燥剂电化学再生并结合两个或更多个空气接触器，来减少能量消耗和总系统成本，同时增加系统操作范围。


技术实现要素：

4.本公开涉及一种系统，该系统包括电化学液体干燥剂再生系统、第一空气接触器和第二空气接触器。电化学液体干燥剂再生系统包括第一输出流和第二输出流，其中第一输出流具有第一浓度的液体干燥剂，并且第二输出流具有小于第一浓度的第二浓度的液体干燥剂。第一空气接触器联接到第一输出流，并且设置有具有第一水浓度的第一输入空气流，该第一输入空气流与第一输出流流体连通，以形成具有低于第一水浓度的第二水浓度的第一输出空气流和稀释的输出干燥剂流。稀释的输出干燥剂流循环回到电化学液体干燥剂再生系统。第二空气接触器联接到与电化学液体干燥剂再生系统联接的液体干燥剂输出流，并且设置有具有第三水浓度的第二输入空气流，该第二输入空气流与液体干燥剂输出流流体连通，以形成具有高于第三水浓度的第四水浓度的第二输出空气流和浓缩的输出干燥剂流。浓缩的输出流循环回到电化学液体干燥剂再生系统。
5.在另一个实施方案中，系统包括电化学液体干燥剂再生系统、第一空气接触器和第二空气接触器。电化学液体干燥剂再生系统包括第一输出流和第二输出流，其中第一输出流具有第一浓度的液体干燥剂，并且第二输出流具有小于第一浓度的第二浓度的液体干燥剂。第一空气接触器联接到第一输出流，并且设置有具有第一水浓度的第一输入空气流，该第一输入空气流与第一输出流流体连通，以形成具有低于第一水浓度的第二水浓度的第一输出空气流和稀释的输出干燥剂流。稀释的输出干燥剂流循环回到电化学液体干燥剂再生系统。第二空气接触器联接到第二输出流和第一输出空气流，并且设置有第一输出空气
流，该第一输出空气流与第二输出流流体连通，以蒸发冷却第一输出空气流，从而输出具有高于第二水浓度且低于第一水浓度的第三水浓度的经调节的空气流和浓缩的输出干燥剂流。浓缩的输出干燥剂流循环回到电化学液体干燥剂再生系统。
6.另一个实施方案涉及一种方法，该方法包括使具有第一浓度的第一液体干燥剂流循环通过第一空气-液体界面。使空气流过第一空气-液体界面，使得第一液体干燥剂流从空气中吸收水。然后，第一液体干燥剂流经由水的吸收而被稀释，以形成具有小于第一浓度的第二浓度的第一输出流和除湿空气流。除湿空气流然后从第一空气-液体界面输出。将第一输出流输入到电渗析再生器以形成第一液体干燥剂流和具有第三浓度的第二液体干燥剂流，第三浓度小于第一浓度。将第一液体干燥剂流输出到第一空气-液体界面，并且将第二液体干燥剂流输出到第二空气-液体界面，其中第二液体干燥剂流循环通过第二空气-液体界面。空气流过第二空气-液体界面，使得空气从第二液体干燥剂流中吸收水。第二液体干燥剂经由水的损失被浓缩，以形成具有高于第三浓度的第四浓度的第二输出流和加湿空气流。将第二输出流输入到电渗析再生器，并且加湿空气流从第二空气-液体界面输出。
7.以上概述并非旨在描述本公开的每个所公开的实施方案或每种实施方式。以下附图和具体实施方式更具体地举例说明了例示性实施方案。
附图说明
8.下面的讨论是指以下图，其中同一参考数字可用于标识多个图中的类似/相同部件。然而，在给定图中使用数字指代部件并不旨在将部件限制在另一个标记有相同数字的图中。图未必按比例绘制。
9.图1为利用一个空气接触器的电化学再生除湿系统的框图；
10.图2为根据一个示例性实施方案的电化学再生除湿系统的示意图；
11.图2a为根据一个示例性实施方案的电化学液体干燥剂再生系统的示意图；
12.图3为根据一个示例性实施方案的电化学再生除湿系统的框图，该电化学再生除湿系统包括两个空气接触器；
13.图4为根据一个示例性实施方案的电化学再生除湿系统的框图，该电化学再生除湿系统包括与热交换模块联接的两个空气接触器；
14.图5为根据一个示例性实施方案的电化学再生除湿系统的框图，该电化学再生除湿系统包括与热交换模块(包括蒸发冷却)联接的两个空气接触器；
15.图6为根据一个示例性实施方案的电化学再生除湿系统的框图，该电化学再生除湿系统包括两个空气接触器并引入排出空气；
16.图7为根据一个示例性实施方案的电化学再生除湿系统的框图，该电化学再生除湿系统包括与热交换模块(包括蒸发冷却)联接的两个空气接触器并引入排出空气；
17.图8为根据一个示例性实施方案的电化学再生除湿系统的框图，该电化学再生除湿系统包括两个空气接触器，其中一个空气接触器被配置成对输入空气流过除湿；
18.图9为根据一个示例性实施方案的电化学再生除湿系统的框图，该电化学再生除湿系统包括三个空气接触器；并且
19.图10至图11为根据示例性实施方案的方法的流程图。
具体实施方式
20.本公开涉及电化学再生液体干燥剂除湿系统。液体干燥剂系统可用于暖通空调(hvac)等。如上所陈述，空气调节是能量密集型过程，并且是造成近10％美国电力消耗的原因，其中除湿占潮湿地区的能量负荷的一半以上。本文所述的系统提供了一种用于除湿以进行空气调节的有效热力学方法，该方法包括将氧化还原辅助电渗析液体干燥剂再生器与两个或更多个空气接触器组合。
21.系统各自结合利用了两个或更多个空气接触器与电化学再生器，以便使用液体干燥剂执行除湿和/或冷却。该组合充分利用了不需要与空气接触或热输入来再生液体干燥剂的电化学系统。电化学再生系统供给第一空气接触器，该第一空气接触器对第一空气流除湿；并且至少部分地供给至少第二空气接触器，该第二空气接触器也再生液体干燥剂。这允许在从完全再生液体干燥剂到在第二空气接触器中不执行再生的范围内控制在第二空气接触器中发生的再生量，这意味着可以减小第二空气接触器的尺寸和/或成本。再生的双重模式(即，电化学再生器和至少一个空气接触器)使得系统对于多种操作条件(例如，环境湿度和温度的范围)更加稳健。
22.所公开的系统中的每者包括利用氧化还原辅助电渗析过程的电化学再生系统，该氧化还原辅助电渗析过程能够实现基于膜的液体干燥剂空调系统。在该氧化还原辅助电渗析(ed)过程中，氧化还原活性物类的水溶液在电化学堆叠的阳极与阴极之间循环以浓缩离子溶液，从而消除了由基于蒸气压缩(vc)或干燥剂的空气调节所需的热量或压力驱动的热力学相变。液体干燥剂(例如，盐诸如氯化锂的水溶液)将跨越膜界面从空气中吸收水分。稀释的液体干燥剂将被有效地再浓缩，从而避免了蒸发水所需的潜热输入。据估计，到2030年，该循环的效率提高导致每年节约1.5倍能量。
23.在图1中，示意图示出了除湿系统100，该除湿系统结合利用了电化学再生系统110与单个空气接触器120。再生系统将液体干燥剂的浓缩的溶液(例如，盐水溶液)输出到空气接触器120(例如，液体-空气质量和能量交换器，其可以或可以不包括膜)。空气直接地或经由膜流过液体干燥剂的浓缩的溶液，其中来自空气流的水被液体干燥剂流吸收。空气流可为外界空气、来自系统100所用于供应的封闭空间(例如，建筑物)的回流空气或排出空气，或者外界空气、排出空气和回流空气中的两种或更多种的组合。在从空气中吸收水之后，液体干燥剂流被稀释并从空气接触器120输出。稀释的液体干燥剂流然后循环回到电化学再生系统110以供再生(即，增加液体干燥剂的浓度)。
24.此外，除湿空气流104(例如，具有比空气流102更低的相对湿度)从空气接触器120输出。传热系统130可用于从空气中移除显热，以向封闭空间(即，建筑物)供应经调节的空气流106。
25.在具有单个空气接触器的系统中，在电化学再生系统与空气接触器之间存在单个溶液流。浓缩的液体干燥剂溶液以最高所需浓度进入空气接触器，并且以一些较低的液体干燥剂浓度离开。在这些系统中，高流速的溶液在空气接触器上具有低浓度变化，并且需要更多的能量来浓缩溶液。然而，可能不太需要与排热集成。另选地，低流速的溶液在空气接触器上提供增加或最大的浓度变化，并使用较少的能量来浓缩溶液。然而，可能需要对空气接触器进行附加的温度控制。通过电化学再生系统的更详细描述，这些操作条件被更好地理解。
26.图2示出了根据某些实施方案的如上所述的电渗析液体干燥剂空调(eldac)系统200的示意图。系统200包括干燥剂区段202和冷却区段204。在干燥剂区段202中，室外空气206(和/或再循环空气)被迫跨越空气接触器208，诸如空气-液体界面或载液膜干燥器。在某些实施方案中，空气206可为高温和高相对湿度(rh)的外界空气。来自空气206的水209在空气接触器208处被吸收到浓缩的液体干燥剂210(例如盐水溶液)中，然后通过氧化还原辅助电化学再生器212，以分离稀释的流214(例如排出水)并再浓缩干燥剂流210。可用于干燥剂的示例性盐包括例如licl、nacl、libr和cacl2。
27.离开干燥剂区段202的空气215中的湿度降低，其中该空气被冷却区段204冷却。该冷却区段204可包括蒸发器216和未示出的其他部件(例如，冷凝器、压缩机)。因为进入冷却区段204的空气215与外界/再循环空气206相比具有较低的相对湿度，所以与蒸发器216也必须冷凝来自进入空气215的水分的情况相比，蒸发器216更为有效并且可使冷却空气220的温度下降更大的量。测量氧化还原辅助电渗析用于浓缩离子水溶液的能量的实验结果显示，eldac系统100可具有小于0.05kbtu/lb的再生比热输入(rshi)，其比目前使用的热再生方法低多至30倍。
28.如图2a的详细视图222所见，氧化还原辅助再生器212具有两个外部离子交换膜224，其将外部氧化还原通道226与内部浓缩物210流和稀释物214流分开。在该示例中，外部离子交换膜224被配置为阴离子交换膜(aem)。浓缩物210流和稀释物214流由中心离子交换膜230分离，在该示例中，中心离子交换膜是阳离子交换膜(cem)。在其他构造中，中心离子交换膜230可为aem，并且外膜224可为cem。氧化还原辅助再生器212中的一个cem和一个aem的有效膜对具有高于70％的库仑效率。
29.四个(或更多个)室的脱盐池可以使用在阳极和阴极周围循环的一种氧化还原活性物类，其中其在两个电极处经历法拉第反应；或者各自分别限制于阳极或阴极的两种氧化还原活性物类。外部电压132诱导氧化还原活性穿梭(shuttle)分子的氧化或还原，从而驱动离子移动跨越膜224、230而不裂解水或产生其他气态副产物(例如氯气)并产生两个流：再浓缩的干燥剂210和排出水214。图2a中所示的盐浓度的百分比仅是示例——两个入口不需要具有相同的浓度，并且输出浓度可具有一定范围的浓度差。该目标可以在多个阶段实现。一种提出的氧化还原穿梭子是带正电荷的二茂铁衍生物，诸如(双(三甲基铵丙基)二茂铁/双(三甲基铵丙基)二茂铁盐，[btmap-fc]
2+
/[btmap-fc]
3+
)234，其是无毒、高度稳定的，并且具有非常快速的电化学动力学和可忽略的膜渗透性。其他氧化还原穿梭子溶液可包括亚铁氰化物/铁氰化物([fe(cn)6]
4-/[fe(cn)6]
3-)或带负电荷的二茂铁衍生物。系统的移动部分可包括用于液体循环的低压泵和用于空气循环的风扇。该类型的具有氧化还原穿梭子辅助的四通道电渗析堆叠的附加细节可见于共同拥有的美国专利号10,821,395，其据此全文以引用方式并入。
[0030]
本文所述的实施方案结合利用了如上所述的电化学再生器与两个或更多个空气接触器。与利用单个空气接触器并且需要用于排放水的排水管的以上所述的系统不同，具有两个或更多个空气接触器的系统不需要排水管。在以下进一步描述的系统中，电化学再生器再浓缩一种或多种液体干燥剂，该液体干燥剂被供应到对空气除湿的至少一个空气接触器以及对空气加湿的至少一个空气接触器。至少一个加湿空气接触器至少部分地由电化学再生器的脱盐流供给。
[0031]
本文所述的系统提供了超过热再生液体干燥剂除湿系统以及利用单个空气接触器的电化学再生液体干燥剂除湿系统两者的效率。例如，本文所述的实施方案降低了能量消耗。在热再生系统中，再生仅通过水的蒸发进行，即，比利用两步组合的电化学-蒸发再生方法需要更多的能量的过程。在具有单个空气接触器的电化学系统中，脱盐流必须被降低到认为安全排放的干燥剂浓度。然而，脱盐所需的能量的量与脱盐水平成比例，使得进一步脱盐需要增加量的能量。相比之下，本文所述的多空气接触器系统仅需要将稀释的干燥剂溶液电化学再生至可通过可用空气流进一步再生的水平。对于许多气候和条件，该干燥剂浓度水平高于排放流所需的水平，从而降低了系统的能量消耗。
[0032]
本文所述的系统进一步降低了系统成本和复杂性。在单个空气接触器电化学系统中，脱盐浓度水平与电化学膜的尺寸成比例；然而，电化学膜比空气接触器材料显著更昂贵。由于所述系统不需要像单个空气接触器电化学系统那样多地降低脱盐浓度水平，可以利用较小的电化学膜，从而降低材料成本。也存在着与排出单个空气接触器电化学系统的干燥剂/水相关的操作成本，因为那些系统不能完全移除干燥剂并且需要至少一些部分从系统中排出。本文所述的系统至少利用第二空气接触器来进一步再生稀释的干燥剂溶液，这消除了排放水/干燥剂的需求。通过移除排放具有痕量干燥剂的水的需求，本文所述的系统消除了对排水管的需求。这使得系统安装更加灵活且有效。以下进一步描述了组合利用电化学再生系统与两个或更多个空气接触器的各种系统。
[0033]
图3示出了除湿系统300，该除湿系统结合利用了电化学再生系统310与两个空气接触器320、340。再生系统310如上结合图2和2a所述操作，除非另有描述。电化学再生系统310将液体干燥剂的浓缩的溶液(例如，盐水溶液)312输出到第一空气接触器320(例如，液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器)，该第一空气接触器在某些实施方案中为除湿空气接触器。取决于系统设计，液体干燥剂的浓缩的溶液可具有约20％-40％的浓度范围。空气302直接地或经由膜流过液体干燥剂的浓缩的溶液，其中来自空气流的水被液体干燥剂流吸收。空气流302可为外界(例如，环境)空气、来自系统300所用于供应的封闭空间(例如，建筑物)的回流空气、来自建筑物的排出空气，或这些的组合，并且空气流302具有第一水浓度。如本文所用，空气流的水浓度是指空气的绝对湿度。在从空气302中吸收水之后，液体干燥剂流被稀释，并且稀释的溶液流314从第一空气接触器320输出。稀释的液体干燥剂流314然后循环回到电化学再生系统310以供再生(即，增加液体干燥剂的浓度)。
[0034]
第一空气接触器320也输出除湿空气流304(例如，具有比空气流302更低的相对湿度/更低的水浓度)。传热系统330从空气中移除显热，以向封闭空间(即建筑物)供应经调节的空气流306。在其他实施方案中，显热在系统中较早地移除以改善热力学效率。显热是指独立于相变而使空气流304的温度增加或者在该情况下降低所需的能量的量。传热系统330可包括任何类型的已知热交换系统，诸如蒸气压缩、间接蒸发冷却、冷冻水或二醇和/或热管。
[0035]
为了保持向系统供应液体干燥剂溶液的浓缩的流312，电化学再生系统310再生从第一空气接触器320接收的稀释的液体干燥剂流314。如上所述，再生系统310输出浓缩的流312以及第二较不浓缩的流316。输出流316的液体干燥剂浓度低于流312的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，输出流316具有在约1％-20％范围内的浓度。该第二较不浓缩的输出流316直接或间接地供给至第二空气接触器340，该第二空气接触器在某些实施方案
中是加湿空气接触器。类似于空气接触器320，空气接触器340可为液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器。
[0036]
空气342直接地或经由膜流过来自再生系统310的浓缩的输出流316，其中来自输出流316的水被空气流342吸收。空气流342是来自环境的外界空气、或如下进一步讨论的排出空气，并且从除湿系统300部件的外部接收。所得的加湿空气作为输出加湿空气流344从第二空气接触器340输出，该输出加湿空气流返回到除湿系统300的部件的外部的环境。所得的浓缩的液体干燥剂流318然后循环回到电化学再生系统310以供进一步再生。第二空气接触器液体干燥剂输出流318的液体干燥剂浓度高于流316的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，第二空气接触器输出流318具有在约2％-35％范围内的浓度。
[0037]
图3是示出通过除湿系统300的液体干燥剂溶液和多个空气流的流动的框图。虽然这些流动中的每者可同时发生，但也可单独地控制系统的各个部分的时序。例如，空气接触器320、340和/或电化学再生系统310可以同时操作，或以各种组合操作。系统可包括在整个系统的各种位置处具有或不具有旁通阀的储存容器，以储存/容纳液体干燥剂的稀释和/或再生的溶液，从而利用了节能的优势(例如，在非高峰或不太昂贵的时间期间操作系统的能量密集型部分)。
[0038]
与图3一致的实施方案利用外部空气来再生第二空气接触器340中的液体干燥剂。因此，第二空气接触器可限于在外界空气可接受湿度的环境(例如，较干燥的气候)中操作。在这些实施方案中也可能难以控制驱动压力。以下描述了组合利用电化学再生系统与两个或更多个空气接触器的附加系统。
[0039]
图4示出了除湿系统400，该除湿系统结合利用了电化学再生系统410与两个空气接触器420、440。再生系统410如上结合图2和2a所述操作，除非另有描述。电化学再生系统410将液体干燥剂的浓缩的溶液(例如，盐水溶液)412输出到第一空气接触器420(例如，液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器)，该第一空气接触器在某些实施方案中为除湿空气接触器。取决于系统设计，液体干燥剂的浓缩的溶液可具有约20％-40％的浓度范围。空气402直接地或经由膜流过液体干燥剂的浓缩的溶液，其中来自空气流的水被液体干燥剂流吸收。空气流402可为外界空气、来自系统400所用于供应的封闭空间(例如，建筑物)的回流空气、来自建筑物的排出空气，或这些的组合。在从空气402中吸收水之后，液体干燥剂流被稀释，并且稀释的溶液流414从第一空气接触器420输出。稀释的液体干燥剂流414然后循环回到电化学再生系统410以供再生(即，增加液体干燥剂的浓度)。
[0040]
为了保持向系统供应液体干燥剂溶液的浓缩的流412，电化学再生系统410再生从第一空气接触器420接收的稀释的液体干燥剂流414。如上所述，再生系统410输出浓缩的流412以及第二较不浓缩的流416。输出流416的液体干燥剂浓度低于流412的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，输出流416具有在约1％-20％范围内的浓度。该第二较不浓缩的输出流416直接或间接地供给至第二空气接触器440，该第二空气接触器在某些实施方案中是加湿空气接触器。类似于空气接触器420，空气接触器440可为液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器。
[0041]
空气442直接地或经由膜流过来自再生系统410的浓缩的输出流416，其中来自输出流416的水被空气流442吸收。空气流442是来自环境的外界空气、或如下进一步讨论的来自建筑物的排出空气，并且从除湿系统400部件的外部接收。所得的加湿空气如下进一步所
讨论加热，并且作为输出加热的加湿空气流444从第二空气接触器440输出，该输出加热的加湿空气流返回到除湿系统400的部件的外部的环境。所得的浓缩的液体干燥剂流418然后循环回到电化学再生系统410以供进一步再生。第二空气接触器液体干燥剂输出流418的液体干燥剂浓度高于流416的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，第二空气接触器输出流418具有在约2％-35％范围内的浓度。
[0042]
第一空气接触器420也输出除湿空气流404(例如，具有比空气流402更低的相对湿度)。传热系统430从空气中移除显热，以向封闭空间(即建筑物)供应经调节的空气流406。传热系统430可为蒸气蒸发器，以从除湿空气流404中移除显热。传热系统430通过冷凝器或热气回路450联接到第二空气接触器440。因此，从除湿空气流404移除的显热被传递到第二空气接触器440以加热加湿空气流444。显热传递可在质量和能量交换器/第二空气接触器440内执行，使得热传递和质量交换大致同时发生，其使用热交换器来预热浓缩干燥剂输出流416，使用热交换器来预热空气流442，或这些技术中的任何两种或更多种的组合。
[0043]
图4是示出通过除湿系统400的液体干燥剂溶液、多个空气流和热量的流动的框图。虽然这些流动中的每者可同时发生，但也可单独地控制系统的各个部分的时序。例如，空气接触器420、440和/或电化学再生系统410可以同时操作，或以各种组合操作。系统可包括在整个系统的各种位置处具有或不具有旁通阀的储存容器，以储存/容纳液体干燥剂的稀释和/或再生的溶液，从而利用了节能的优势(例如，在非高峰或不太昂贵的时间期间操作系统的能量密集型部分)。
[0044]
与图4一致的实施方案利用外部空气连同冷凝器来再生第二空气接触器440中的液体干燥剂。通过升高第二空气接触器440中的外界空气的温度，外界空气的湿容量也增加。增加的容量允许在较宽范围的相对湿度水平下的湿气放出。增加的热量也导致蒸发，这有助于冷却冷凝器(即，排热)而不招致附加的操作成本。以下描述了组合利用电化学再生系统与两个或更多个空气接触器的附加系统。
[0045]
图5示出了除湿系统500，该除湿系统结合利用了电化学再生系统510与两个空气接触器520、540。再生系统510如上结合图2和2a所述操作，除非另有描述。电化学再生系统510将液体干燥剂的浓缩的溶液(例如，盐水溶液)512输出到第一空气接触器520(例如，液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器)，该第一空气接触器在某些实施方案中为除湿空气接触器。取决于系统设计，液体干燥剂的浓缩的溶液可具有约20％-40％的浓度范围。空气502直接地或经由膜流过液体干燥剂的浓缩的溶液，其中来自空气流的水被液体干燥剂流吸收。空气流502可为外界空气、来自系统500所用于供应的封闭空间(例如，建筑物)的回流空气、来自建筑物的排出空气，或这些的组合。在从空气502中吸收水之后，液体干燥剂流被稀释，并且稀释的溶液流514从第一空气接触器520输出。稀释的液体干燥剂流514然后循环回到电化学再生系统510以供再生(即，增加液体干燥剂的浓度)。
[0046]
为了保持向系统供应液体干燥剂溶液的浓缩的流512，电化学再生系统510再生从第一空气接触器520接收的稀释的液体干燥剂流514。如上所述，再生系统510输出浓缩的流512以及第二较不浓缩的流516。输出流516的液体干燥剂浓度低于流512的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，输出流516具有在约1％-20％范围内的浓度。该第二较不浓缩的输出流516直接或间接地供给至第二空气接触器540，该第二空气接触器在某些实施方案中是加湿空气接触器。类似于空气接触器520，空气接触器540可为液体-空气质量和能量交
换器，包括膜能量交换器。
[0047]
空气542直接地或经由膜流过来自再生系统510的浓缩的输出流516，其中来自输出流516的水被空气流542吸收。空气流542是来自环境的外界空气，并且从除湿系统500部件的外部接收。所得的加湿空气如下进一步所讨论加热，并且作为输出加热的加湿空气流544从第二空气接触器540输出，该输出加热的加湿空气流返回到除湿系统500的部件的外部的环境。所得的浓缩的液体干燥剂流518然后循环回到电化学再生系统510以供进一步再生。第二空气接触器液体干燥剂输出流518的液体干燥剂浓度高于流516的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，第二空气接触器输出流518具有在约2％-35％范围内的浓度。
[0048]
第一空气接触器520也输出除湿空气流504(例如，具有比空气流502更低的相对湿度)，该除湿空气流也被冷却。传热系统530完全联接到第一空气接触器520和第二空气接触器540两者。传热系统530可为联接到第一空气接触器520的蒸气冷凝器，以通过蒸发回路560从第一空气接触器520移除显热。传热系统530也通过冷凝器或热气回路550联接到第二空气接触器540。因此，从第一空气接触器520移除的显热被传递到第二空气接触器540以加热加湿空气流544。通过移除第一空气接触器520中的显热和潜热，经调节和冷却的空气流506被供应到封闭空间(即，建筑物)。热传递可使用以上结合图4描述的技术中的任一种或其组合来执行。
[0049]
图5是示出通过除湿系统500的液体干燥剂溶液、多个空气流和热量的流动的框图。虽然这些流动中的每者可同时发生，但也可单独地控制系统的各个部分的时序。例如，空气接触器520、540和/或电化学再生系统510可以同时操作，或以各种组合操作。系统可包括在整个系统的各种位置处具有或不具有旁通阀的储存容器，以储存/容纳液体干燥剂的稀释和/或再生的溶液，从而利用了节能的优势(例如，在非高峰或不太昂贵的时间期间操作系统的能量密集型部分)。
[0050]
类似于与图4一致的实施方案，与图5一致的实施方案利用外部空气连同蒸气冷凝器来再生第二空气接触器540中的液体干燥剂。通过升高第二空气接触器540中的外界空气的温度，外界空气的湿容量也增加。增加的容量允许在较宽范围的相对湿度水平下的湿气放出。传热系统530与两个空气接触器520、540的联接消除了对其他冷凝器和/或蒸发器的需求。该联接也解决了最终浓缩阶段的温度，以增加或最大化传热系统530和电化学再生系统510两者的效率。以下描述了组合利用电化学再生系统与两个或更多个空气接触器的附加系统。
[0051]
图6示出了除湿系统600，该除湿系统结合利用了电化学再生系统610与两个空气接触器620、640。再生系统610如上结合图2和2a所述操作，除非另有描述。电化学再生系统610将液体干燥剂的浓缩的溶液(例如，盐水溶液)612输出到第一空气接触器620(例如，液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器)，该第一空气接触器在某些实施方案中为除湿空气接触器。取决于系统设计，液体干燥剂的浓缩的溶液可具有约20％-40％的浓度范围。空气602直接地或经由膜流过液体干燥剂的浓缩的溶液，其中来自空气流的水被液体干燥剂流吸收。空气流602可为外界空气、来自系统600所用于供应的封闭空间(例如，建筑物)的回流空气，或者外界空气和回流空气的组合。在从空气602中吸收水之后，液体干燥剂流被稀释，并且稀释的溶液流614从第一空气接触器620输出。稀释的液体干燥剂流614然后循环回到电化学再生系统610以供再生(即，增加液体干燥剂的浓度)。
[0052]
为了保持向系统供应液体干燥剂溶液的浓缩的流612，电化学再生系统610再生从第一空气接触器620接收的稀释的液体干燥剂流614。如上所述，再生系统610输出浓缩的流612以及第二较不浓缩的流616。输出流616的液体干燥剂浓度低于流612的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，输出流616具有在约1％-20％范围内的浓度。该第二较不浓缩的输出流616直接或间接地供给至第二空气接触器640，该第二空气接触器在某些实施方案中是加湿空气接触器。类似于空气接触器620，空气接触器640可为液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器。
[0053]
空气642直接地或经由膜流过来自再生系统610的浓缩的输出流616，其中来自输出流616的水被空气流642吸收。空气流642是排出空气，即从建筑物排出的空气。因为排出空气先前已经被除湿系统600处理成处于舒适的条件，排出空气642可能具有比室外空气更低的湿度，因此其具有更大的从液体干燥剂吸收水的能力。所得的加湿空气具有增加的潜热，并且作为输出加热的加湿空气流644从第二空气接触器640输出，该输出加热的加湿空气流返回到除湿系统600的部件的外部的环境。所得的浓缩的液体干燥剂流618然后循环回到电化学再生系统610以供进一步再生。第二空气接触器液体干燥剂输出流618的液体干燥剂浓度高于流616的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，第二空气接触器输出流618具有在约2％-35％范围内的浓度。
[0054]
第一空气接触器620也输出除湿空气流604(例如，具有比空气流602更低的相对湿度)。虽然未示出，传热系统从空气中移除显热，以向封闭空间(即建筑物)供应经调节的(例如，除湿和冷却的)空气流606。传热系统可为分阶段利用外界空气从除湿空气流604中移除显热的蒸气蒸发器。在各种实施方案中，传热系统可仅涉及冷凝器(例如，如图3中所示)、与第二空气接触器640联接的冷凝器(例如，如图4中所示)、或与第一空气接触器和第二空气接触器620、640两者联接的冷凝器(如图5中所示)。热传递也可使用以上结合图4描述的技术中的任一种或其组合来执行。
[0055]
图6是示出通过除湿系统600的液体干燥剂溶液、多个空气流和热量的流动的框图。虽然这些流动中的每者可同时发生，但也可单独地控制系统的各个部分的时序。例如，空气接触器620、640和/或电化学再生系统610可以同时操作，或以各种组合操作。系统可包括在整个系统的各种位置处具有或不具有旁通阀的储存容器，以储存/容纳液体干燥剂的稀释和/或再生的溶液，从而利用了节能的优势(例如，在非高峰或不太昂贵的时间期间操作系统的能量密集型部分)。
[0056]
与图6一致的实施方案利用排出空气来再生第二空气接触器640中的液体干燥剂。在各种实施方案中，接触器640或附加的接触器可远离系统600放置，例如，建筑物中可获得排出空气的任何位置，并且干燥剂流616和618可从远程收集位置用管道输送回主系统600。与将排出空气递送回系统600的大部分部件所定位之处所需的管道系统相比，这可涉及较小的占有面积，并且此类架构可用现有的建筑物进行改装。在另外的实施方案中，空气接触器640可为置于整个建筑物的各位置(并且远离系统600的以上讨论的部件)处以收集排出空气能量的多个空气接触器，所有排出空气能量可被管道输送回系统600的剩余部件。
[0057]
另外，与图6一致的实施方案利用排出空气来再生第二空气接触器640中的液体干燥剂。然而，也可将排出空气按在以上结合图3至图5所讨论的任何实施方案中利用输入空气的任何方式引入。此外，可将排出空气能量交换引入到系统回路的其他部分或者与外界
空气分阶段进行。例如，可将全热交换器(erv)放置在空气流602中，其将热量和湿气从进入的室外空气传递到排出空气中，从而在没有能量成本的情况下预处理进入空气并降低系统600所需的工作量。在某些实施方案中，对于排出空气，显热交换和潜热交换可分开。以下描述了组合利用电化学再生系统与两个或更多个空气接触器的附加系统。
[0058]
图7示出了除湿系统700，其类似于图5所示的除湿系统，但利用了如结合图6所述的排出空气。除湿系统700结合利用了电化学再生系统710与两个空气接触器720、740。再生系统710如上结合图2和2a所述操作，除非另有描述。电化学再生系统710将液体干燥剂的浓缩的溶液(例如，盐水溶液)712输出到第一空气接触器720(例如，液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器)，该第一空气接触器在某些实施方案中为除湿空气接触器。取决于系统设计，液体干燥剂的浓缩的溶液可具有约20％-40％的浓度范围。空气702直接地或经由膜流过液体干燥剂的浓缩的溶液，其中来自空气流的水被液体干燥剂流吸收。空气流702可为外界空气、来自系统700所用于供应的封闭空间(例如，建筑物)的回流空气、来自建筑物的排出空气，或这些来源的组合。在从空气702中吸收水之后，液体干燥剂流被稀释，并且稀释的溶液流714从第一空气接触器720输出。稀释的液体干燥剂流714然后循环回到电化学再生系统710以供再生(即，增加液体干燥剂的浓度)。
[0059]
为了保持向系统供应液体干燥剂溶液的浓缩的流712，电化学再生系统710再生从第一空气接触器720接收的稀释的液体干燥剂流714。如上所述，再生系统710输出浓缩的流712以及第二较不浓缩的流716。输出流716的液体干燥剂浓度低于流712的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，输出流716具有在约1％-20％范围内的浓度。该第二较不浓缩的输出流716直接或间接地供给至第二空气接触器740，该第二空气接触器在某些实施方案中是加湿空气接触器。类似于空气接触器720，空气接触器740可为液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器。
[0060]
空气742直接地或经由膜流过来自再生系统710的浓缩的输出流716，其中来自输出流716的水被空气流742吸收。空气流742是排出空气，即从除湿系统700排出的空气。因为排出空气已被系统除湿和加热，其具有增加的接受来自液体干燥剂的湿度的能力。所得的加湿空气具有增加的潜热，并且作为输出加热的加湿空气流744从第二空气接触器740输出，该输出加热的加湿空气流返回到除湿系统700的部件的外部的环境。所得的浓缩的液体干燥剂流718然后循环回到电化学再生系统710以供进一步再生。第二空气接触器液体干燥剂输出流718的液体干燥剂浓度高于流716的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，第二空气接触器输出流718具有在约2％-35％范围内的浓度。
[0061]
第一空气接触器720也输出除湿空气流704(例如，具有比空气流702更低的相对湿度)，该除湿空气流也被冷却。传热系统730完全联接到第一空气接触器720和第二空气接触器740两者。传热系统730可为联接到第一空气接触器720的蒸气冷凝器，以通过蒸发回路760从第一空气接触器720移除显热。传热系统730也通过冷凝器或热气回路750联接到第二空气接触器740。因此，从第一空气接触器720移除的显热被传递到第二空气接触器740以加热加湿空气流744。通过移除第一空气接触器720中的显热和潜热，经调节和冷却的空气流706被供应到封闭空间(即，建筑物)。热传递可使用以上结合图4描述的技术中的任一种或其组合来执行。
[0062]
图7是示出通过除湿系统700的液体干燥剂溶液、多个空气流和热量的流动的框
图。虽然这些流动中的每者可同时发生，但也可单独地控制系统的各个部分的时序。例如，空气接触器720、740和/或电化学再生系统710可以同时操作，或以各种组合操作。系统可包括在整个系统的各种位置处具有或不具有旁通阀的储存容器，以储存/容纳液体干燥剂的稀释和/或再生的溶液，从而利用了节能的优势(例如，在非高峰或不太昂贵的时间期间操作系统的能量密集型部分)。
[0063]
与图7一致的实施方案利用排出空气来再生第二空气接触器740中的液体干燥剂。然而，可将排出空气按在以上结合图6所讨论的任何实施方案中利用输入空气的任何方式引入。此外，可将排出空气能量交换引入到系统回路的其他部分或者与外界空气分阶段进行。例如，可将全热交换器(erv)放置在空气流602中，其将热量和湿气从进入的室外空气传递到排出空气中，从而在没有能量成本的情况下预处理进入空气并降低系统600所需的工作量。在某些实施方案中，对于排出空气，显热交换和潜热交换可分开。以下描述了组合利用电化学再生系统与两个或更多个空气接触器的附加系统。
[0064]
图8示出了除湿系统800，该除湿系统结合利用了电化学再生系统810与两个空气接触器820、840。系统800可适用于炎热潮湿的操作条件，诸如热带气候。再生系统810如上结合图2和2a所述操作，除非另有描述。电化学再生系统810将液体干燥剂的浓缩的溶液(例如，盐水溶液)836输出到第一空气接触器820(例如，液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器)，该第一空气接触器在某些实施方案中为除湿空气接触器。取决于系统设计，液体干燥剂的浓缩的溶液可具有约20％-40％的浓度范围。热湿空气802直接地或经由膜流过液体干燥剂的浓缩的溶液，其中液体干燥剂流以使空气过除湿的量(例如，空气中的水浓度降低至小于用于供应封闭场所的水平的水平)吸收来自空气流的水。空气流802可为外界空气或外界空气与回流空气和/或排出空气的组合。在从空气802中吸收水之后，液体干燥剂流被稀释，并且稀释的溶液流838从第一空气接触器820输出。稀释的液体干燥剂流838然后循环回到电化学再生系统810以供再生(即，增加液体干燥剂的浓度)。
[0065]
为了保持向系统800供应液体干燥剂溶液的浓缩的流836，电化学再生系统810再生从第一空气接触器820接收的稀释的液体干燥剂流838。如上所述，再生系统810输出浓缩的流836以及第二较不浓缩的流834。电化学再生系统810包括用于接收水输入832的水连接。水流832进一步稀释较不浓缩的流834以形成稀液体干燥剂溶液。稀溶液834的液体干燥剂浓度低于流836的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，输出流834具有在约1％-20％范围内的浓度。该第二较不浓缩的输出流834直接或间接地供给至第二空气接触器830，该第二空气接触器在某些实施方案中是蒸发和冷却空气接触器。类似于空气接触器820，空气接触器830可为液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器。
[0066]
第一空气接触器820也输出过除湿空气流804(例如，具有比空气流802更低的相对湿度)。传热系统850从第一空气接触器820、从过除湿空气流804、或两者中移除显热，以将热量排到外界空气。过除湿空气流804直接地或经由膜流过来自再生系统810的稀输出流834，其中来自输出流834的水被空气流804吸收以蒸发地冷却空气流804。冷却的略微再加湿的经调节空气流806被输出以供应封闭空间(即，建筑物)。
[0067]
第二空气接触器830也将所得的浓缩的液体干燥剂流840和循环流840输出回到电化学再生系统810，以利用输出流838和水输入832进一步再生。第二空气接触器液体干燥剂输出流840的液体干燥剂浓度高于流834的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，第二
空气接触器输出流840具有在约2％-35％范围内的浓度。
[0068]
图8是示出通过除湿系统800的液体干燥剂溶液和空气流的流动的框图。虽然这些流动中的每者可同时发生，但也可单独地控制系统的各个部分的时序。例如，空气接触器820、830和/或电化学再生系统810可以同时操作，或以各种组合操作。系统可包括在整个系统的各种位置处具有或不具有旁通阀的储存容器，以储存/容纳液体干燥剂的稀释和/或再生的溶液，从而利用了节能的优势(例如，在非高峰或不太昂贵的时间期间操作系统的能量密集型部分)。
[0069]
与图8一致的实施方案利用蒸发冷却来产生经调节的空气流。在某些实施方案中，代替将热量排到外界空气或排出空气，至少一部分可用于通过进一步蒸发来冷却空气。同样，可将以上结合图3至图7所讨论的任何集成引入到图8的实施方案中，诸如一个或多个传热系统。
[0070]
虽然以上所讨论的系统中的每者涉及电化学再生系统与两个空气接触器的组合，但是应当理解，系统中的每者可适于包括三个或更多个空气接触器。此类系统的示例提供于图9中。
[0071]
图9示出了除湿系统900，该除湿系统结合利用了电化学再生系统910与三个空气接触器920、940和930。再生系统910如上结合图2和2a所述操作，除非另有描述。电化学再生系统910将液体干燥剂的浓缩的溶液(例如，盐水溶液)912输出到第一空气接触器920(例如，液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器)，该第一空气接触器在某些实施方案中为除湿空气接触器。取决于系统设计，液体干燥剂的浓缩的溶液可具有约20％-40％的浓度范围。空气902直接地或经由膜流过液体干燥剂的浓缩的溶液，其中来自空气流的水被液体干燥剂流吸收。空气流902可为外界空气、来自系统900所用于供应的封闭空间(例如，建筑物)的回流空气、排出空气，或这些的组合。在从空气902中吸收水之后，液体干燥剂流被稀释，并且稀释的溶液流914从第一空气接触器920输出。稀释的液体干燥剂流914然后循环回到电化学再生系统910以供再生(即，增加液体干燥剂的浓度)。
[0072]
为了保持向系统供应液体干燥剂溶液的浓缩的流912，电化学再生系统910再生从第一空气接触器920接收的稀释的液体干燥剂流914。如上所述，再生系统910输出浓缩的流912以及第二较不浓缩的流916。输出流916的液体干燥剂浓度低于流912的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，输出流916具有在约1％-20％范围内的浓度。该第二较不浓缩的输出流916直接或间接地供给至第二空气接触器940，该第二空气接触器在某些实施方案中是加湿空气接触器。类似于空气接触器920，空气接触器940可为液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器。
[0073]
空气942直接地或经由膜流过来自再生系统910的浓缩的输出流916，其中来自输出流916的水被空气流942吸收。空气流942可为外界空气、排出空气、或它们的组合。所得的加湿空气具有增加的潜热，并且作为输出加热的加湿空气流944从第二空气接触器940输出，该输出加热的加湿空气流返回到除湿系统900的部件的外部的环境。所得的浓缩的液体干燥剂流918然后循环回到电化学再生系统910以供进一步再生。第二空气接触器液体干燥剂输出流918的液体干燥剂浓度高于流916的液体干燥剂浓度，并且在某些实施方案中，第二空气接触器输出流918具有在约2％-35％范围内的浓度。
[0074]
第一空气接触器920也输出除湿空气流604(例如，具有比空气流902更低的相对湿
度)。除湿空气流被输入到第三空气接触器930，在该处空气流904直接地或间接地经由膜流过与水950混合的液体干燥剂流916的一部分。类似于空气接触器920、940，空气接触器930可为液体-空气质量和能量交换器，包括膜能量交换器。来自稀释的液体干燥剂流916的水蒸发并被空气流904吸收，从而消耗热量以蒸发地冷却空气流904。在其他实施方案中，通过间接蒸发冷却移除显热。所得的冷却的经调节的空气流906被输出以供应封闭空间(即，建筑物)。空气接触器930然后输出浓缩的液体干燥剂流952以与输出流918组合，其中组合的流循环回到电化学再生系统910以供进一步再生。第三空气接触器液体干燥剂输出流952的液体干燥剂浓度高于水和流916的组合输入流的液体干燥剂浓度。
[0075]
图9是示出通过除湿系统900的液体干燥剂溶液、多个空气流和热量的流动的框图。虽然这些流动中的每者可同时发生，但也可单独地控制系统的各个部分的时序。例如，空气接触器920、930、940和/或电化学再生系统910可以同时操作，或以各种组合操作。系统可包括在整个系统的各种位置处具有或不具有旁通阀的储存容器，以储存/容纳液体干燥剂的稀释和/或再生的溶液，从而利用了节能的优势(例如，在非高峰或不太昂贵的时间期间操作系统的能量密集型部分)。
[0076]
如所提及，可将图3至图8的实施方案的特征引入图9的三重空气接触器构造中，反之亦然。另外的实施方案不限于三个空气接触器，并且可涉及任何数量的空气接触器、任何数量的分级干燥剂流和/或任何数量的空气流。
[0077]
图3至图8各自指包括各种部件的系统，所述部件包括至少一个电化学再生系统和两个或更多个空气接触器。这些部件可包括在单个壳体或多个壳体中。在某些实施方案中，部件共同定位于系统所服务的封闭空间(例如，建筑物)之中或附近的一个位置。然而，在其他实施方案中，一个或多个部件可远离系统部件的其余部分定位。例如，一个或多个空气接触器可定位在整个建筑物中的一个或多个位置处，该一个或多个位置靠近生成或释放排出空气的位置，并且一个或多个远程空气接触器的一个或多个输出被转移(例如，经由管道)回到剩余系统部件共同所定位之处。
[0078]
转到图10，示出了使用一个或多个以上所述的系统对空气除湿的方法。使浓缩的液体干燥剂流循环通过第一空气接触器以对第一空气流除湿并产生液体干燥剂的稀释输出流1002。将液体干燥剂的稀释输出流循环到电化学再生系统，在该处产生液体干燥剂的浓缩的流，以输出到第一空气接触器，并产生再生器稀释液体干燥剂流1004。使再生器稀释液体干燥剂流循环通过第二空气接触器以加湿第二空气流并产生空气接触器浓缩液体干燥剂流，该空气接触器浓缩液体干燥剂流输出到电化学再生器1006。显热和/或潜热至少从除湿空气流传递1008。热量可传递到系统外部，或者其可再循环到第二空气接触器以利于通过蒸发再生液体干燥剂。
[0079]
图11示出了根据各种实施方案的使用一个或多个以上所述的系统对空气除湿的另一种方法。使浓缩的液体干燥剂流循环通过第一空气接触器以对第一空气流过除湿并产生液体干燥剂的稀释的输出流1102。显热和/或潜热从第一空气接触器、从除湿空气流、或两者传递到外界空气1104。使稀释的输出流循环到电化学再生器，以产生输出到第一空气接触器的浓缩的液体干燥剂流，以及与水组合的具有较低浓度的液体干燥剂的输出溶剂流1106。使输出溶剂流循环通过第二空气接触器以加湿和蒸发冷却过除湿空气流1108。第二空气接触器产生经调节的空气流以供应到封闭空间(例如，建筑物)，并产生输出到电化学
再生器的第二稀释输出流，该第二稀释输出流具有比输出溶剂流更高的液体干燥剂浓度1108。如上所讨论，这些方法的各种部分可以与各种步骤间的重叠的任何组合同时或串联执行。
[0080]
本文所述的关于各种实施方案的系统涉及组合利用氧化还原辅助电渗析池与两个或更多个空气接触器的电化学再生系统。这些系统降低了电化学再生除湿和空调系统中的能量消耗，降低了系统成本，增加了系统操作范围的选项，并消除了系统中干燥剂材料的损失。它们提供了增加的效率和对环境负责的选项，以满足对除湿和空调系统预期、增加的需求。
[0081]
除非另有说明，否则本说明书和权利要求书中使用的表达特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应被理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。因此，除非另有说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数为近似值，近似值可根据本领域技术人员利用本文所公开的教导所寻求获得的所需特性而变化。带端点的数值范围的使用包括该范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。而且，除非另外指明，本技术中关于浓度的所有“％”的使用是指重量百分比(重量％)。
[0082]
前述描述已经为了说明和描述的目的而呈现。并非旨在穷举或者将实施方案限制为所公开的精确形式。按照上述教导内容，许多修改形式和变型形式是可能的。所公开的实施方案的任何或所有特征可单独或者以任何组合应用，并不意味着是限制性的，而是纯粹说明性的。本发明的范围旨在不受该具体实施方式的限制，而是由本文所附的权利要求确定。